सिंथेटिक भ्रूण क्या कर सकता है और क्या नहीं, अभी और भविष्य में

मैग्डेलेना ज़र्निका-गोएट्ज़ कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में बायोलॉजी और बायोलॉजिकल इंजीनियरिंग के ब्रेन प्रोफेसर हैं और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में स्टेम सेल बायोलॉजी एंड डेवलपमेंट के प्रोफेसर हैं।

इस साक्षात्कार में, हम प्रौद्योगिकियों में हालिया प्रगति पर चर्चा करते हैं जो हमें एक डिश में मस्तिष्क और यहां तक ​​​​कि धड़कते दिल के साथ भ्रूण जैसी संरचनाएं बनाने के लिए स्टेम सेल का उपयोग करने की अनुमति देती हैं। हम यह पता लगाते हैं कि ये 'सिंथेटिक' भ्रूण कैसे बनते हैं और निषेचित अंडों से उगाए गए प्राकृतिक भ्रूणों से उनकी समानता की सीमा क्या है। वह यह भी बताती हैं कि वे हमें यह समझने में कैसे मदद कर सकते हैं कि गर्भधारण क्यों विफल हो जाता है, खरोंच से अंगों का निर्माण कैसे किया जाता है, और यहां तक ​​​​कि उम्र बढ़ने वाले शरीर को फिर से जीवंत कैसे किया जाता है। लेकिन सबसे पहले, वह उस महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि का खुलासा करती है जिसने हमें इन भ्रूण मॉडलों को पहले से कहीं अधिक लंबे समय तक एक डिश में विकसित करने की अनुमति दी है: कि कोशिकाएं जो शरीर को बनाती हैं, वे इसे अकेले नहीं कर सकती हैं।

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सिंथेटिक भ्रूण क्या है, और इसका उपयोग किस लिए किया जा सकता है?

भविष्य: शुरू करने के लिए, क्या आप समझा सकते हैं कि सिंथेटिक भ्रूण क्या है?

मैग्डालेना ज़र्निका-गोएट्ज़: मैं वास्तव में उस शब्द को ज्यादा पसंद नहीं करता, ईमानदार होने के लिए। यह भ्रमित करने वाला है क्योंकि लोगों को आश्चर्य होगा कि यह किस चीज से बना है? 

लेकिन हम इसका इस्तेमाल इसलिए करते हैं क्योंकि यह एक शॉर्टकट है यह कहने के लिए कि हमने बिल्डिंग ब्लॉक्स से भ्रूण जैसी संरचना को संश्लेषित किया है। हमारी लैब में हम तीन तरह के बिल्डिंग ब्लॉक्स का इस्तेमाल करते हैं। एक बिल्डिंग ब्लॉक हर एक प्रकार की कोशिका के लिए स्टेम सेल को दर्शाता है जो हमारे वयस्क शरीर का निर्माण करेगा। इसे भ्रूणीय स्टेम सेल कहते हैं। और अन्य दो बिल्डिंग ब्लॉक तथाकथित एक्स्ट्राम्ब्रायोनिक संरचनाओं के लिए स्टेम सेल हैं। उनमें से एक प्रसिद्ध है, यह नाल है। यह वह है जो बच्चे को माँ के शरीर से जोड़ता है जिसके माध्यम से बच्चे को खिलाया जाएगा। इन अतिरिक्त भ्रूणीय संरचनाओं में से दूसरा कम प्रसिद्ध है, लेकिन इसे जर्दी थैली कहा जाता है। यह एक तरह की बोरी होती है जिसमें भ्रूण विकसित होगा।

मोटे तौर पर, ऐसी कौन सी चीजें हैं जो हम कृत्रिम भ्रूण मॉडल के साथ करना चाहेंगे?

इसलिए, उदाहरण के लिए हमने दिखाया है कि इन मॉडलों का उपयोग विशिष्ट जीन के कार्य को समझने के लिए किया जा सकता है जो विकास के कुछ चरणों के लिए महत्वपूर्ण हैं। हम जानते हैं, उदाहरण के लिए, एक जीन है जो मस्तिष्क और आंखों के विकास के लिए महत्वपूर्ण है। लेकिन हम ठीक से नहीं जानते कि यह वास्तविक माउस भ्रूण मॉडल से कैसे कार्य करता है, क्योंकि हम पूरी प्रक्रिया को शुरू से अंत तक इतनी सटीक रूप से पालन नहीं कर सकते हैं। तो अब आप भ्रूणीय स्टेम सेल का उपयोग कर सकते हैं, जिसमें आप उस जीन को खत्म कर सकते हैं और विकास के चरण के बारे में और पता लगा सकते हैं कि यह जीन महत्वपूर्ण है और किसके लिए। आप अलग-अलग समय बिंदुओं पर इन जीनों को खत्म भी कर सकते हैं और परिणाम देख सकते हैं। 

यह हमारे जैसे विकसित और विकसित नहीं हो पाएगा, लेकिन यह हमें जीवन के टुकड़ों में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि दे सकता है कि इस समय एक पूर्ण रहस्य है।

हम किसी विशेष वातावरण या विशेष मेटाबोलाइट्स की भूमिका को भी देख सकते हैं। उदाहरण के लिए, गर्भवती महिलाओं को फोलिक एसिड लेने की सलाह दी जाती है क्योंकि यह तंत्रिका विकास में मदद करता है। लेकिन वास्तव में यह किस स्तर पर महत्वपूर्ण है, यह वास्तव में क्या करता है? 

क्या यह बेहतर ढंग से समझने का अवसर है कि इतने सारे गर्भधारण बहुत जल्दी क्यों समाप्त हो जाते हैं, यह देखते हुए कि ये मॉडल समान प्रारंभिक विकास चरणों का अनुकरण करते हैं? 

हाँ बिल्कुल। यह महसूस करना बहुत महत्वपूर्ण है कि अधिकांश गर्भधारण उस समय विफल हो जाते हैं जब हम यह भी नहीं जानते कि हम गर्भवती हैं। विकास के पहले दो सप्ताह बहुत नाजुक होते हैं क्योंकि प्रमुख मील के पत्थर हैं जिन्हें सही समय पर हासिल करना होता है। 

सबसे पहले, हमें इन तीन ऊतकों के लिए स्टेम सेल का उत्पादन करना होगा, जिनका मैंने उल्लेख किया है, दो एक्स्ट्रेम्ब्रायोनिक, एक भ्रूण। हमें उन्हें सही तरीके से बनाना है, और फिर उन ऊतकों को एक दूसरे के साथ बातचीत करनी है। लेकिन समय भी मायने रखता है। आप गर्भावस्था को 15 महीने तक नहीं बढ़ा सकती हैं। इससे पता चलता है कि विशेष समय बिंदुओं पर विशेष मील के पत्थर हासिल किए जाने हैं।

केवल एक स्टेम सेल प्रकार वास्तव में शरीर का निर्माण करता है, लेकिन अन्य दो मार्गदर्शक शक्तियाँ हैं, एक माँ और पिता की तरह।

इसलिए जब ये विकासात्मक मील के पत्थर सही ढंग से नहीं हो रहे हैं, या वे देरी से हो रहे हैं, या बहुत जल्दी होते हैं, तो भ्रूण का गर्भपात हो जाता है। या जब उन तीन प्रकार की कोशिकाओं के बीच संचार किसी तरह असामान्य होता है, या बिल्कुल नहीं हो रहा होता है, तो फिर से भ्रूण का गर्भपात हो जाता है। इसलिए कई गर्भधारण विफल हो जाते हैं। तो अब, इन मॉडलों के साथ, हम यह देखने में सक्षम हैं कि हम माँ के शरीर के भीतर बच्चे की रक्षा कैसे कर सकते हैं। यही आशा है और यह मेरे लिए बहुत महत्वपूर्ण प्रेरणा है। 

मैं इस बात पर जोर देना चाहता हूं कि अभी हम सिंथेटिक माउस भ्रूण मॉडल के बारे में बात कर रहे हैं। लेकिन जाहिर है, यह मानव भ्रूण के त्रि-आयामी मॉडल के निर्माण के लिए एक प्रकार का प्रोटोटाइप है, लेकिन फिर भी यह वास्तव में मानव भ्रूण नहीं होगा। यह हमारे जैसे विकसित और विकसित नहीं हो पाएगा, लेकिन यह हमें जीवन के टुकड़ों में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि दे सकता है कि इस समय एक पूर्ण रहस्य है।

तो हम मानव सिंथेटिक भ्रूण मॉडल या यहां तक ​​कि इन विट्रो मानव भ्रूण में संवर्धन के साथ कहां हैं?

तो, मानव भ्रूण मॉडल अभी तक नहीं हैं। मेरी जानकारी में अभी तक मानव स्टेम सेल से पूरी तरह से भ्रूण जैसी संरचना नहीं बनी है। जब हमने स्टेम सेल-व्युत्पन्न माउस भ्रूण मॉडल बनाना शुरू किया, तो कई लोगों ने पूछा कि हम इसे मानव स्टेम सेल के साथ क्यों नहीं कर रहे हैं, और मुझे यकीन है कि मेरे कई सहयोगी मानव स्टेम सेल का उपयोग करके एक समान मॉडल बनाने की कोशिश कर रहे हैं। लेकिन यह मामूली नहीं है। सबसे पहले, मानव स्टेम सेल और माउस स्टेम सेल एक ही तरह से विकसित नहीं होते हैं। उन्हें संस्कृति में बनाए रखने के लिए विभिन्न स्थितियों की आवश्यकता होती है। वास्तव में यह सुनिश्चित करने के लिए कि हम जानते हैं कि यह कैसे करना है, माउस मॉडल एक प्रोटोटाइप होगा। 

फिर भी बहुत से लोग, हमारे सहित, संस्कृति में मानव स्टेम कोशिकाओं का उपयोग त्रि-आयामी ऊतकों या भ्रूण के टुकड़ों के निर्माण के लिए करें। हम उनका उपयोग यह समझने के लिए करते हैं, उदाहरण के लिए, एमनियोटिक गुहा (बंद थैली जिसमें एमनियोटिक द्रव होता है) कैसे बनता है। गलत होने पर क्या हम इसके विकास को ठीक कर पाएंगे?

लेकिन यह मानव भ्रूण का केवल एक टुकड़ा है, गर्भाशय की दीवार में आरोपण के शुरुआती चरणों में एक मॉडल। अभी, हम मानव भ्रूण को केवल तथाकथित दिन 14 तक ही कल्चर कर सकते हैं, यह है सीमा जहाँ हम पास नहीं हो सकते. 

प्रयोगशाला में भ्रूण जैसी संरचनाएं बनाना

यह आकर्षक है। तो, आप माउस सिंथेटिक भ्रूण कैसे बनाते हैं?

जिस तरह से हम अपनी प्रयोगशाला में इन सिंथेटिक भ्रूण मॉडल का निर्माण करते हैं, वह एक तरह का अनूठा है। हमने इस दृष्टिकोण को यह समझने के माध्यम से विकसित किया है कि भ्रूण प्राकृतिक जीवन में खुद को कैसे बनाता है, और हम भ्रूण से सबक का उपयोग प्रयोगशाला में पेट्री डिश में उस प्रक्रिया की नकल करने के लिए करते हैं। 

इसलिए हम तीन प्रकार की स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करते हैं। हम उन्हें सही अनुपात में एक साथ रखने की कोशिश करते हैं, सही वातावरण बनाते हैं ताकि तीन प्रकार की कोशिकाएं और उनसे उत्पन्न होने वाली कोशिकाएं खुश रहें और एक दूसरे के साथ संवाद करना चाहें। 

यही आवश्यक है: तीन प्रकार की कोशिकाओं का उपयोग करना - एक नहीं - क्योंकि सामान्य रूप से विकास तीन प्रकार की कोशिकाओं के बीच बातचीत के माध्यम से होता है। सिर्फ़ एक स्टेम सेल प्रकार वास्तव में शरीर का निर्माण करता है, लेकिन अन्य दो मार्गदर्शक शक्तियाँ हैं, एक माँ और पिता की तरह।

मैंने इसे पहले कभी इस तरह वर्णित नहीं किया है, लेकिन आप इसके बारे में इस तरह सोच सकते हैं क्योंकि ये दो अन्य प्रकार की कोशिकाएं निर्देश और संकेत संबंधी जानकारी प्रदान करती हैं, लेकिन वे भ्रूण के पोषण के लिए एक प्रकार का घर भी बनाती हैं।

चलिए थोड़ा रिवाइंड करते हैं। पिछले कुछ सालों में इस क्षेत्र ने काफी तरक्की की है। क्या आप मुझे बता सकते हैं कि इस भ्रूण मॉडल के निर्माण की दिशा में प्रगति करने के मामले में वास्तव में महत्वपूर्ण स्थल क्या रहे हैं?

मुझे दो तथ्य कहना है जो सर्वविदित हैं। सबसे पहले, भ्रूण स्टेम कोशिकाओं को संस्कृति में बनाए रखा जा सकता है और संस्कृति में अनिश्चित काल तक प्रचारित किया जा सकता है। यह मार्टिन इवांस की खोज थी, जिन्हें इसके लिए नोबेल पुरस्कार मिला था। हम जानते थे कि यदि आप उन कोशिकाओं में से कुछ लेते हैं, और उन्हें एक भ्रूण के साथ जोड़ते हैं, तो वे वयस्क ऊतकों में योगदान करने में सक्षम होंगे।

तो हम जानते थे कि स्टेम सेल में यह जादुई क्षमता होती है। लेकिन जो हम नहीं जानते थे, और जो लगभग 10 साल पहले एक सफलता थी, वह यह थी कि क्या हम उन कोशिकाओं से विशेष रूप से, बिना मेजबान भ्रूण के भ्रूण का निर्माण कर पाएंगे। यह अचानक की बात नहीं थी, बेशक, यह कदम दर कदम था। लेकिन जिस तरह से हमने सीखा कि यह कैसे करना है, पहले यह देखकर कि भ्रूण इसे कैसे करता है।

विकास का एक चरण है जो बहुत जल्दी है, जिसे भ्रूण आरोपण का चरण कहा जाता है, जिसके बारे में हम बहुत कम जानते हैं, विशेष रूप से मनुष्यों के लिए। इस चरण से पहले विकास के पहले कुछ दिन बहुत अच्छी तरह से तैयार किए गए हैं। मैंने जिन तीन प्रकार की कोशिकाओं के बारे में बात की, वे इन पहले कुछ दिनों में उत्पन्न होती हैं। 

[ये] मॉडल न केवल हमारे लिए भ्रूणजनन को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं, बल्कि हमारे वयस्क अंगों का निर्माण करने वाले विशेष ऊतकों की उत्पत्ति को समझना भी महत्वपूर्ण हैं। हम उन बुनियादी नियमों की पहचान करने की कोशिश कर रहे हैं जिन्हें पूरा किया जाना है।

इन तीन प्रकार की कोशिकाओं के बनने के बाद ये आपस में बात करने लगती हैं। लेकिन वे कैसे संवाद करते हैं यह अच्छी तरह से ज्ञात नहीं था, क्योंकि यही वह समय है जब भ्रूण आरोपण नामक प्रक्रिया के दौरान मां के शरीर पर आक्रमण करता है। हम इन विट्रो में इस प्रक्रिया की नकल नहीं कर सके, इसलिए हम इसका निरीक्षण नहीं कर सके। तो, हमारा पहला कदम उस चरण के माध्यम से वास्तविक भ्रूण, माउस और मनुष्यों को विकसित करने का एक तरीका विकसित करना था प्रयोगशाला में।

जैसे ही हम इसे हासिल करने में सक्षम हो गए, हम कोशिकाओं का अनुसरण करने, उन्हें लेबल करने और उस समय की पहचान करने के लिए उन्हें ट्रैक करने में सक्षम थे जब वे गुणा करते हैं और एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। जब हमने उन घटनाओं का अनुसरण किया, तो हमने महसूस किया कि अब हम तीन ऊतकों का प्रतिनिधित्व करने वाली स्टेम कोशिकाओं के साथ इन घटनाओं की नकल करने में सक्षम होने के लिए पर्याप्त जानते हैं। 

यह एक यात्रा थी, और पहला, सबसे महत्वपूर्ण मील का पत्थर यह पता लगाना था कि भ्रूण इसे कैसे करता है। विशेष रूप से, यह महसूस करते हुए कि भ्रूण दो अतिरिक्त भ्रूणीय ऊतकों से निर्देश लेता है। अब तक, हमने भ्रूणीय कोशिकाओं के अलग-अलग संयोजनों को जोड़कर पांच मॉडल बनाए हैं। पहला मॉडल 2014 में प्रकाशित हुआ था, और अंतिम मॉडल था अभी प्रकाशित.

मुझे इस अगले चरण के बारे में बताएं। इस नए मॉडल से क्या हासिल हुआ है कि भ्रूण कितना आगे बढ़ता है और आप उनमें क्या देख सकते हैं? और, भ्रूण में विकसित होने वाले निषेचित अंडे की तुलना में वे कैसे दिखते हैं?

अंतिम मॉडल अब तब तक विकसित होता है जब तक कि सिर, हृदय और सोमाइट्स (शरीर की कुल्हाड़ियों के साथ खंड) नहीं बनते। यह अविश्वसनीय है, क्योंकि हमें यकीन नहीं था कि ये भ्रूण जैसी संरचनाएं इन मील के पत्थर को हासिल करने के लिए पर्याप्त होंगी या नहीं। मस्तिष्क के सभी पूर्वज हैं, और हृदय की संरचना धड़कती है और रक्त पंप करती है। 

प्रारंभिक भ्रूण के सबक हमें यह भी सिखा सकते हैं कि ऊतकों का कायाकल्प कैसे किया जाता है, क्योंकि भ्रूण के ऊतक युवा ऊतक होते हैं।

तो वे प्राकृतिक भ्रूण के समान कैसे हैं? वे बहुत समान हैं, लेकिन समान नहीं हैं। यह बहुत दिलचस्प है, क्योंकि तब आप उन मॉडलों के विकास का अनुसरण कर सकते हैं जो लगभग समान हैं, और जो नहीं हैं, उन बुनियादी सिद्धांतों को समझने के लिए जिन्हें हमें एक विशेष प्रकार के ऊतक या अंग को परिपूर्ण बनाने के लिए पूरा करना होगा।

इसलिए वे मॉडल न केवल हमारे लिए भ्रूणजनन को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं, बल्कि हमारे वयस्क अंगों का निर्माण करने वाले विशेष ऊतकों की उत्पत्ति को भी समझना महत्वपूर्ण है। हम उन बुनियादी नियमों की पहचान करने की कोशिश कर रहे हैं जिन्हें इन घटनाओं को ठीक से पूरा करने के लिए पूरा किया जाना है। आप यह पता लगाना शुरू कर सकते हैं कि क्या हो रहा है, और चूंकि आप भ्रूण को खुद बनने की अनुमति दे रहे हैं, आप उस प्रक्रिया के तंत्र को विकसित कर सकते हैं और जब वे गलत हो जाते हैं।

जहां सिंथेटिक भ्रूण ले सकते हैं

मुझे इस बारे में थोड़ा और बताएं कि आप व्यक्तिगत रूप से इन मॉडलों के साथ क्या करना चाहते हैं। क्या कोई विशेष प्रश्न या चुनौतियाँ हैं जिनका आप समाधान करना चाहते हैं?

मेरे प्रमुख हित दुगने हैं। नंबर एक यह समझना है कि जीवन कैसे बनाया जाता है। इसलिए, मैं इस मॉडल का उपयोग जीवन के इस रहस्यमय चरण को वास्तव में समझने की कोशिश करने के लिए करता हूं जब कोशिकाएं एक-दूसरे के साथ संवाद करती हैं, पहली बार, हमारे जैसे जटिल कुछ बनाने के लिए। लेकिन यह वह समय भी होता है जब अधिकांश गर्भधारण विफल हो जाते हैं। अगर हम इसे समझ सकते हैं, तो हम भविष्य में उन विफलताओं को रोकने में मदद करने में सक्षम होंगे। यह हमारी आशा है।

यह थोड़ा सा घर बनाने जैसा है, है ना? आप खुद को सुलझाने के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स पर निर्भर नहीं हैं।

प्रारंभिक भ्रूण के सबक हमें यह भी सिखा सकते हैं कि ऊतकों का कायाकल्प कैसे किया जाता है, क्योंकि भ्रूण के ऊतक युवा ऊतक होते हैं। तो यह हमें अपने अंगों के निर्माण और ऊतकों के निर्माण के बारे में सिखाता है। उम्मीद है इनसे ज्ञान अध्ययन - कदम दर कदम - हमारे वयस्क शरीर में अंगों के प्रत्यारोपण या मरम्मत के अंगों के लिए उपयोग किया जाएगा, जब वे विफल हो जाते हैं।

क्या तकनीकी या हमारी वैज्ञानिक समझ में मौजूदा बाधाएं हैं, जो इन मॉडलों के विकास और उपयोग को रोक रही हैं?

हाँ, मुख्य रूप से भ्रूण जैसी संरचनाएँ बनाने की तकनीक के आसपास हैं। जब हम इन तीन प्रकार की स्टेम कोशिकाओं को एक साथ रखते हैं, तो हम उचित भ्रूण बनाने के लिए उनके बीच की ताकतों पर भरोसा करते हैं। कभी-कभी यह ठीक हो जाता है, कभी-कभी यह ठीक नहीं होता। हम संरचनाओं की इस परिवर्तनशीलता को देखते हैं। इसलिए, हमें इन घटनाओं को बेहतर ढंग से नियंत्रित करने के लिए उपकरण विकसित करने होंगे। 

उदाहरण के लिए, इस सम्मेलन में मैं वर्तमान में भाग ले रहा हूं, मैंने एक सहयोगी के साथ ऑप्टोजेनेटिक्स पर चर्चा करने में समय बिताया। प्रकाश का उपयोग करके, वह कोशिका की विशेष प्रतिक्रियाओं को उत्तेजित कर सकता है। तो, क्या हम स्व-संगठन की प्रक्रिया का मार्गदर्शन करने में मदद करने के लिए इन ऑप्टोजेनेटिक दृष्टिकोणों का उपयोग कर सकते हैं? 

प्रक्रिया को किस प्रकार निर्देशित करना है?

विशिष्ट घटनाओं को इंजीनियर करने के लिए। उदाहरण के लिए, जब हम ऊतकों और अंगों को बनाने के बारे में सोचते हैं जो क्षतिग्रस्त लोगों को बदल सकते हैं, तो इसे कुशलतापूर्वक करने के लिए हमें यह समझने की आवश्यकता होगी कि हम उन्हें कैसे इंजीनियर कर सकते हैं। यह थोड़ा सा घर बनाने जैसा है, है ना? आप खुद को सुलझाने के लिए बिल्डिंग ब्लॉक्स पर निर्भर नहीं हैं। या, यदि कोई भवन पूर्ण से कम था, तो वह अस्वीकार्य होगा। हम गुणवत्ता नियंत्रण देने के लिए निर्माण प्रक्रिया का मार्गदर्शन करना चाहते हैं। 

इसलिए, हम अभी तक इंजीनियर या आर्किटेक्ट बनने में सक्षम नहीं हैं। इसके बजाय हम भ्रूण के लिए एक ऐसा वातावरण बनाने की कोशिश कर रहे हैं कि वह खुद का निर्माण कर सके और इस प्रक्रिया को समझ सके और उसका पालन कर सके, और उसकी मदद कर सके या उसे परेशान कर सके। लेकिन हम अभी ऊतक इंजीनियरिंग की प्रक्रिया में नहीं हैं। ऊतक इंजीनियरिंग बहुत महत्वपूर्ण है, और यह अंग प्रतिस्थापन का भविष्य होगा। इतने सारे रोगी लीवर प्रत्यारोपण, या अन्य अंगों के असफल होने की प्रतीक्षा करते हैं, और यह वास्तव में दुखद है। अगर हम अपने अध्ययन से प्राप्त ज्ञान का उपयोग करके उन अंगों का निर्माण और मरम्मत कर सकें, तो यह बिल्कुल अविश्वसनीय होगा। हम क्या करते हैं और मेरे कई सहयोगी क्या करते हैं-तथाकथित ऊतक की बायोइंजीनियरिंग-यह वह जगह है जहां यह भविष्य में जाने वाला है।

अगस्त 30, 2022 पोस्ट किया गया